Download - Introducere in Metabolism

Transcript

INTRODUCERE N METABOLISM

INTRODUCERE N METABOLISMMetabolismul reprezint ansamblul transformrilor chimice ale moleculelor i transferul de energie care se deruleaz de manier nentrerupt n celul, respectiv n organismul viu.n cadrul metabolismului au loc dou procese eseniale: producerea de energie necesar funciilor vitale producerea de ATP sinteza de macromolecule (proteine, glycogen, acizi nucleici etc) consum de ATP

Reaciile de degradare elibereaz energie (catabolism) iar reaciile de biosintez (anabolism) consum energie.

CATABOLISMUL reprezint ansamblul reaciilor de degradare a moleculelor (provenite din alimentaie sau din rezervele organismului) n molecule mici. Aceste reacii sunt catalizate de enzime specifice. In urma desfurrii acestor reacii se elibereaz energie din care o parte este stocat sub form de ATP i o parte se regsete n formele reduse ale transportorilor de electroni (ex. NADH, NADPH, FADH2).Aceste reacii sunt: glicoliza

Ciclul Krebs

fosforilarea oxidativ

calea pentozo-fosfailor

beta-oxidarea acizilor grai

transaminarea/dezaminarea aminoacizilor

ANABOLISMUL reprezint ansamblul reaciilor de biosintez a macromoleculelor sau a precursorilor lor plecnd de la molecule simple din alimente sau intermediari metabolici. Aceste reacii sunt catalizate de enzime specifice. Aceste reacii necesit energie care este furnizat prin hidroliza ATP sau de puterea reductoare a NADH, NADPH, FADH2.

Reaciile care constituie anabolismul sunt: gluconeogeneza

glicogenogeneza

sinteza de acizi grai sinteza aminoacizilor

Deci reaciile catabolice sunt reacii exoterme (exergonice) ele produc energie chimic nmagazinat n molecule organice iar reaciile anabolice sunt endotermice (endergonice) consum energie.

Molecula care particip cel mai des la schimbul de energie n celula vie este ATP care cupleaz reaciile catabolice cu reaciile anabolice, aa cum se observ n figura de mai jos.

Rezervele energetice ale organismului sunt: rezerve glucidice

- glicogenul hepatic

- glicogenul muscular

- glucoza sanguin

trigliceridele din esutul adipos

proteinele musculare

Stare post-prandial = starea n care se afl organismul n orele care urmeaz dup mas. La om vorbim de starea post-prandial pn la aproximativ 5 ore dup mas.Stare post-absorbtiv sau perioad interalimentar = starea n care se afl organismul la interval mare dup mas, peste 5 ore pna la aproximativ 12 ore (starea de peste noapte naintea micului dejun) .

Starea a jeun ncepe la om dup 12 18 ore dup mas.

Cile metabolice au fiecare o localizare specific n celul

Mitocondrii: ciclul acidului citric, fosforilarea oxidativ,

Citosol: glicoliza, calea pentozofosfailor, biosinteza acizilor grai,

Sinteza i degradarea glicogenului.

Lizozomi: digestia materialului fagocitat.

Nucleu: Replicarea i transcripia ADN, modificarea ARN.

Golgi: modificarea proteinelor, sinteza membranelor, sinteza glucidelor complexe

RER: sinteza proteinelor membranare i secretorii.

REL: sinteza de lipide i steroli.

Transformrile biochimice ale substanelor nutritive din alimente se pot mpri n 4 etape n funcie de sediul unde se desfoar aceste procese:

1. Etapa digestiei intestinale

Alimentele digerate la nivelul intestinului sunt transformate n elemente nutritive (monozaharide, aminoacizi, acizi grai etc) care sunt absorbite (lumenul intestinal enterocite snge). Lipidele sunt transformate n chilomicroni, forma sub care circul n snge.

2. Etapa transportului sanguin

Substanele nutritive sunt transportate de ctre snge spre organe (ficat, rinichi etc.) i esuturi (muscular, adipos etc.) unde ptrund n interiorul celulelor. Fiecare organ sau esut prezint particulariti metabolice. Ficatul deine un rol fundamental pentru metabolismul tuturor substanelor nutritive.

3. Etapa reaciilor metabolice citoplasmatice

Citoplasma este sediul principal al metabolismului intermediar care const n degradarea progresiv a substanelor nutritive n molecule mai mici, numite intermediari metabolici.

4. Etapa mitocondrial a producerii de energie (are loc numai n esuturile aerobe, prevzute cu mitocondrii i intens vascularizate)

Ultimul stadiu al metabolismului substanelor nutritive este eliberarea energiei necesare ndeplinirii funciilor vitale. Aceste procese se desfoar n mitocondrii care dein rol fundamental n metabolismul energetic.Intermediarii metabolici formai n citoplasm sunt transportai n

mitocondrii unde continu degradarea lor pn la o molecul cheie (acetil-CoA). Procesele prin care rezult energie sunt Ciclul Krebs i Lanul respirator mitocondrial. n urma acestor procese, carbonul este eliminat sub form de CO2, hidrogenul sub form de ap iar energia rezultat va fi recuperat i utilizat pentru sinteza de ATP. ATP reprezint principalul echivalent energetic al celulelor.

Transformrile metabolice variaz foarte mult n funcie de alimentaie: n perioadele post-prandiale, organismul sintetizeaz rezervele energetice

n perioadele interalimentare aceste rezerve sunt consumate

Aceast alternan a proceselor metabolice este strict controlat de anumite enzime (enzime cheie) a cror activitate este reglat prin intermediul hormonilor i a mediatorilor chimici.

Reglarea cilor metabolice este un proces complex i are ca scop ajustarea fluxului metabolic al diferitelor procese biochimice n funcie de necesitile tisulare variabile. La baza acestor mecanisme de reglare stau urmtoarele principii generale:

reglarea cilor metabolice survine n general la nivelul etapelor limitante de vitez, reprezentate de transformrile cele mai lente dintr-o succesiune de reacii. reglarea survine la nivelul reaciilor ireversibile

enzimele asupra crora acioneaz semnalele reglatoare catalizeaz n general etapele iniiale a unei ci metabolice. Acest fapt evit acumularea intermediarilor n cazul n care fluxul unei ci metabolice este ncetinit. cile metabolice de sintez sunt reglate prin feed-back, care const n inhibarea unei ci metabolice de ctre produsul final.

reglarea unei ci metabolice este influenat de funcia acesteia. De exemplu cile metabolice care produc energie sunt influenate de nivelul energetic al celulei.

intervenia izoenzimelor specifice pentru diverse esuturi asigur reglarea difereniat a metabolismului tisular.

compartimentalizarea intra-tisular sau intra-mitocondrial este alt mecanism de reglare metabolic deoarece asigur accesul difereniat al substanelor i semnalelor de activare sau inhibare.

modificarea secreiei hormonilor reglatori i cascada de evenimente intracelulare declanate de legarea acestora pe receptorii specifice este unul dintre cele mai importante mecanisme de reglare a metabolismului.

Fluxul intermediarilor biochimici n diferite ci metabolice este controlat de enzimele cheie a cror activitate este reglat prin mecanismele urmtoare:

reglarea la nivelul transcrierii are loc prin controlul transcrierii genelor care codific sinteza enzimelor implicate n cataliza unei reacii metabolice

reglarea prin modificare covalent corespunde unor mecanisme de fosforilare i defosforilare ale enzimelor cheie sub aciunea protein-kinazelor i respectiv protein-fosfatazelor. Unele enzime sunt active n form fosforilat iar altele sub form defosforilat.

reglarea alosteric

interaciunea cu proteinele modulatoare; de exemplu interaciunea calciu-calmodulin.

Ultimele mecanisme reprezint mijloace de reglare rapid a cilor metabolice (cteva minute) n timp ce reglarea la nivelul transcrierii necesit un interval mai ndelungat (cteva ore sau zile).

Interconexiunea acestor mecanisme permite adaptare fluxului diferitelor ci metabolice la particularitile fiziologice ale organismului n funcie de:

starea de nutriie: perioadele post-prandiale sau perioadele interalimentare

particularitile metabolice tisulare

necesitile variate ale organismului: efort fizic, activiti moderate sau repaus.

PARTICULARITI METABOLICE TISULARE

Metabolismul substanelor nutritive nu se desfoar identic n toate esuturile. esuturile prezint anumite specializri care impun derularea difereniat a reaciilor metabolice.

Perioadele post-prandiale sunt caracterizate prin amplificarea proceselor de sintez a rezervelor energetice: glicogenogeneza, lipogeneza, sinteza proteinelor.

n condiiile unei diete echilibrate, aportul alimentar egaleaz cheltuielile energetice ale organismului (echilibru caloric).

Greutatea normal este exprimat sub forma INDICELUI DE MAS CORPORAL (BMI) care reprezint raportul dintre greutatea (kg) i nlimea2 (m2). Valorile normale sunt 20-25.

Valoarea caloric a elementelor nutritive alimentare:

glucide 4kcal/mol

proteinele 4 kcal/mol

lipidele 9 kcal/mol

alcoolul 7 kcal/mol

Insulina este hormonul reglator n perioadele post-prandiale hormon anabolizant.Perioadele post-prandiale se caracterizeaz prin creterea raportului insulin/glucagon.

Perioadele interalimentare sunt caracterizate prin degradarea rezervelor energetice: glicogenoliza, lipoliza, proteoliza precum i cetogeneza i gluconeogeneza.

Glucagonul este hormonul reglator n perioadele interalimentare predomin catabolismul.

Perioadele interalimentare se caracterizeaz prin scderea raportului insulin/glucagon.

FICATUL reprezint organul central n biochimia metabolic.

Perioada post-prandial

capteaz o mare parte din glucoza aflat n circulaie asigurnd meninerea constant a glicemiei. Sunt activate cile: glicogenogeneza, formarea acetil-CoA, biosinteza acizilor grai, calea pentozo-fosfailor (sinteza de NADPH + H+)

aminoacizii sunt utilizai pentru sinteza proteinelor sau convertii n precursori ai acizilor grai

formarea de trigliceride

Perioada interalimentar glicogenoliza rezult glucoza care este eliberat n circulaie

gluconeogeneza sinteza de glucoz din substane neglucidice

ESUTUL ADIPOS

Perioada post-prandial

lipogeneza adipocitarPerioada interalimentar

lipoliza adipocitar

ESUTUL MUSCULARPerioada post-prandial

glicogenogeneza

glicoliza

sinteza proteinelor musculare

miocardul capteaz att glucoza ct i acizii grai provenii din hidroliza chilomicronilor i a VLDL(Very low-density lipoprotein) pe care i utilizeaz ca surs de energie

Perioada interalimentar

glicoliza

glicogenoliza

proteoliza n perioade de inaniie prelungit

CREIERULPerioada post-prandial

glicoliza; glucoza este captat rapid din circulaie pentru acoperirea necesitailor energetice Perioada interalimentar

glicoliza

dac perioadele interalimentare se prelungesc i glicemia scade foarte mult sunt utilizai corpii cetonici (cetogeneza hepatic) ca surs de energie

ERITROCITELEPerioada post-prandial

glicoliza anaerob se formeaz acid lactic. Nu dispun de mitocondrii.

Perioada interalimentar

glicoliza anaerob se formeaz acid lactic. Nu dispun de mitocondrii.ACIUNEA HORMONILOR